ceramica funcinal

Cerámicas con funciones electronicas

Dentro de los granos existen zonas ordenadas de una cierta manera y que pueden ser reorientadas por la aplicación de campos magnéticos, eléctricos o esfuerzos mecánicos u combinaciones de los mismos. A estas zonas son llamadas dominios.

Materiales de varias fases con estructuras de dominios

Estructura de la pared de Bloch separando dos dominios. En el hierro, el espesor de la zona de transiciones de alrededor 300 parámetros de red. La pared de Bloch separa dominios de magnetización diferente

DUROS BLANDOS

Imanes permannentes. (ALNICO)

Hay que aplicar un campo magnetico muy nteso en sentido contrario al de magnetizacion para que la induccion se reduzca a cero.

(Ba, Fe)O, (Sr, Fe)O, (Pb, Fe)O

Núcleos de inductancias, transformadores en corriente alterna,, núcleos electroimanes.

En estos materiales el sentido de magnetización se invierte fácilmente al aplicar campos de muy pequeña intensidad

(Mn, Zn, Fe)O,

Los materiales que son intermedios, ni muy duros, ni muy blandos no tienen ninguna aplicación.

EL producto BH esta relacionado con la energía almacenada en un imán permanente

Propiedades extrínsecas e intrínsecas en las materiales magnéticos

INTRINSECAS EXTRINSECAS

Dependen solamente de la composición química y la estructura cristalina. Temperatura de Curie, Magnetización de saturación

Además de las propiedades intrínsecas dependen del tamaño de grano, porosidad y condiciones de frontera intergranulares.

Fuerza coercitiva (Hc), inducción remanente, permeabilidad, BH máximo

MATERIALES FERROMAGNETICOS

Orientación relativa de los espines electrónicos en diversos materiales: Las ferritas no tienen una magnetización de saturación tan alta, pero son aisladores. Tienen corrientes parasitas muy pequeñas en campos de lata frecuencia (microondas por ejemplo).

ESPINELA A2+B23+O4

Es característica de la magnetita. Fe 2+ O Fe2

3+O3

El Fe2+ es sustituido por otros cationes divalentes, tales como Ni, Mn, Cu, Mg, Co

Una celda unidad de la estructura espinela consiste en una red cubica con 32 nodo ocupados por Oxigeno. Esta red tiene 96 sitios posibles para los cationes. De estos nodos, 64 son tetraédricos (el catión pequeño esta rodeado por cuatro oxígenos) y 32 son octaédricos (el catión rodeado por 8 Oxígenos). En la espinela solamente 24 de los sitios son utilizados por los cationes: 8 tetraédricos y 16 octaédricos. Llamando a M al catión que sustituye al Fe 2+

4

32 OFeM

4

323 OFeMFe La espinela será «INVERSA» si M se ubica en los sitios octaédricos desalojando parte de los átomos de Fe hacia lugares tetraédricos.

La espinela será «NORMAL» si los cationes M se ubican en sitios tetraédricos

MgAl2O4

MgO Al2O3

Estructura cristalina de la espinelaMgAl2O4

los iones Mg+2 ocupan lugares tetraédricos, cada uno rodeado de cuatro iones oxigeno.

Ello constituye una espinela normal, los iones de los metales divalentes ocupan

lugares tetraédricos. En la espinela inversa, los lugares tetraédricos están ocupados por iones de metales trivalentes, mientras que los lugares octaédricos están ocupados la mitad por iones de metales divalentes y la

otra mitad por metales trivalentes.

FERRITAS

Las ferritas son ferrimagnéticas. Cristalizan en la estructura «ESPINELA INVERSA» y que los iones Fe3+ están divididos entre los nodos octaédricos y tetraédricos.

La disposicion de los iones Fe3+ en estos dos tipos de nodos no es paralela cancelando mutuammente la magnetizacion total. El momento magnetico sea debido por completo a los iones Fe2+

MATERIALES DIELECTRICOS Y FERROELECTRICOS

El momento dipolar permanente de una molécula de agua esta dirigido desde el ion O2- al punto medio de la línea que une los iones H+

Un cristal ferroeléctrico muestra un momento dipolar incluso en ausencia de un campo eléctrico exterior. El centro de las cargas positivas del cristal no coincide con el centro de cargas negativas.

(A) Esquema de los desplazamientos atómicos a cada lado de la frontera de la separación de dos dominios polarizados en sentidos opuestos en un cristal ferroeléctrico,

(B) vista de la estructura de un dominio mostrando fronteras a 180° entre dominios polarizados en sentidos opuestos

BaTiO3

O2- Ba2+ Son dos redes fcc

Ti IC 6 Ba IC 12

MATERIALES DIELECTRICOS

Por encima de los 120 °C, el BaTiO3

es un dieléctrico ordinario con una constante dieléctrica

enorme. Por debajo de esa temperatura, adquiere

repentinamente un momento eléctrico

permanente.

La constante dieléctrica del BaTiO3 alanza un máximo para su temperatura de Curie 120 °C

En el BaTiO3

Las propiedades ferroeléctricas aparecen en la estructura TETRAGONAL. Sin embargo tiene dos cambios de fase y en ambos pasa a una forma ferroeléctricas para -90 C y 0 C.

PIROELECTRICIDAD

Los momento dipolares internos cambian aparecen campos externos porque no hay tiempo para que se reúnan cargas sueltas y cancelen las cargas de polarización. Si el dieléctrico esta en un condensador, se inducirán cargas libres en los electrodos. Si los momentos cambian cuando se calienta el dieléctrico debido a la dilatación térmica, el efecto se llama PIROELECTRICIDAD. Si se cambian las tensiones mecánicas el momento dipolar puede cambiar y se le dirá PIEZOELCTRCIDAD

DESPLAZANDO LA TEMPERATURA DE CURIE

Resulta útil producir un material cuya capacitancia aumente o disminuya ala aumentar la temperatura, fijando para esto la temperatura de Curie con relación a la temperatura del circuito eléctrico. Entonces se dice que tienen coeficientes de temperatura positivos o negativos.

La temperatura de Curie del titanato de bario desciende al agregarle titanato de estroncio y aumenta al agregarle titanato de plomo.

Se desvía de una estructura cubica. a) los cationes de Ti se encuentran ligeramente descentrados (b) en consecuencia el cristal se polariza, c) al someterle a un campo eléctrico, la orientación de los iones de titanio se desplaza hacia el electrodo negativo. Al cambiar la orientación de cristal de titanato de bario. Este es el fenómeno de piezoelectricidad. Todos los cristales en estado ferroeléctrico son también piezoeléctricos, si se aplica un tensión mecánica al cristal, cambia la polarización eléctrica. Si se aplica un campo eléctrico al cristal aparcera una tensión mecánica en el cristal.

PIEZOELECTRICIDAD

Todos los Ferroeléctricos son piezoeléctricos, pero todos los piezoeléctricos NO SON Ferroeléctricos. Ver el caso del cuarzo

GRADOS DE LIBERTAD Desplazamientos lineales y angulares de los cristales. (Tres deformaciones lineales y tres

giros)

Aplicaciones de los piezoeléctricos. Acelerómetros. La fuerza aplicada por una masa sísmica sobre un cristal se utiliza para deformarlo. La

configuración mas conocida consiste en colocar la masa en una parte del cristal y la cara se fija en el acelerómetro.

La base del acelerómetro al punto del que queremos medir sus vibraciones el movimiento del captador da origen a fuerzas de inercia en la masa sísmica que a su vez

deformara el cristal dando lugar a variaciones de tensión eléctrica

ESTRUCTURA PEROVSKITA

Desviaciones de la estructura PEROVSKITA

Perovskita 1-2-3. SUPERCONDUCTORES